МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФГБОУ ВПО «Тверской государственный технический университет» Кафедра электроснабжения и электротехники Учебная дисциплина «Общая энергетика» Доцент кафедры ЭС и Э кандидат технических наук ЕГОРОВ О. В.
1. Содержание дисциплины. 2. Учебная литература. 3. Основные положения теории ОЭ. 4. Контрольная работа.
1. Содержание дисциплины Цели изучения дисциплины: ¨получение и закрепление студентами знаний о процессах производства, передачи и потребления электрической и тепловой энергии, взаимной связи и объективных закономерностях этих процессов, о различных типах электростанций, их характеристиках, условиях совместной работы и комплексного использования. ¨ формировать и развивать у студентов профессиональные качества, научное мировоззрение, творческое мышление, инженерную культуру, целеустремленность, самостоятельность и инициативу. Предмет изучения дисциплины: ¨ общие вопросы получения, передачи электрической и тепловой энергии и преобразования
Модуль 1. Технология преобразования энергии на электрических станциях. Типы ТЭС и АЭС. Теоретические основы преобразования энергии в тепловых двигателях. Паровые котлы и их схемы. Паровые турбины. Ядерные энергетические установки, типы ядерных реакторов. Энергетический баланс ТЭС и АЭС. Типы ГЭС. Схемы использования гидравлической энергии, процесс преобразования гидроэнергии в электрическую на различных типах ГЭС. Современные проблемы комплексного использования гидроресурсов. проектирование и эксплуатация гидроэнергоустановок. Традиционная и малая гидроэнергетика. Модуль 2. Передача электрической и тепловой энергии. Передача электрической энергии. Основные теоретические положения. Воздушные и кабельные лини электропередачи. Шкала номинальных напряжений. Передача тепловой энергии. Основные теоретические положения. Схемы передачи, трубопроводы.
Модуль 3. Распределение электрической и тепловой энергии. Потребители электрической энергии, их основные характеристики и классификация. Потребители тепловой энергии и их основные характеристики. Энергосбережение в установках потребителей.
2. Учебная литература а). Основная 1. Быстрицкий Г. Ф. Основы энергетики: Учебник для вузов. - М. : ИНФРА-М, 2005. б). Дополнительная 1. Общая энергетика. Методические указания к практическим занятиям для студентов дневной и заочной форм обучения специальности 140. 211. / А. С. Енин. Тверь: ТГТУ, 2011. 2. Григорьева В. И. , Киреева Э. А. , Миронов В. А. , Чохонелидзе А. Н. Электроснабжение и электрооборудование цехов. - М. : Энергоатом, 2003. 3. Сибикин Ю. Д. Электроснабжение. - М. : ФОРУМ-ИНФРА-М, 2009.
3. Основные положения теории ОЭ Модуль 1. Технология преобразования энергии на электрических станциях Энергетика – это совокупность естественных, природных и искусственных (созданных человеком) систем, предназначенных для получения, преобразования, распределения и использования энергетических ресурсов всех видов. Энергетической системой называют совокупность электрических станций, котельных, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электроэнергии и теплоты при общем управлении этими режимами. Составной частью электроэнергетической системы является система электроснабжения, представляющая собой совокупность электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией.
Рис. 1. 1. Упрощенная схема электрической системы: G – генераторы электроэнергии; Т – трансформаторы; Р – электрические нагрузки; W – линии электропередачи; АТ – автотрансформаторы
Электрические станции России Конаковская ГРЭС Установленная мощность станции, МВт 2400 Мощность одной турбины, МВт 300 Рефтинская ГРЭС 3800 500 Березовская ГРЭС 6400 Название станции Рязанская ГРЭС 800 Костромская ГРЭС Примечание 1200 Ленинградская АЭС 4000 Братская ГЭС 4500 255 Красноярская ГЭС 6000 500 Саяно-Шушенская ГЭС 6400 640 Саратовская ГЭС 2300 115 Волгоградская ГЭС 2500 115 Мощность реактора 1000 МВт р. Ангара, высота плотины 126 м, длина плотины 924 м р. Енисей, высота плотины 124 м, длина – 1072 м р. Енисей, высота плотины 242 м, длина – 1477 м
Добыча органического топлива в СССР Топливо Нефть, млн т Газ, млрд м 3 Уголь, млн т 1970 г. 353 198 624 1975 г. 491 289 701 1980 г. 603 435 716 1985 г. 595 643 726 1988 г. 625 770 772 Потребление электроэнергии, млрд к. Вт/ч в год 1990 г. 630 830 780
Структура топливопотребления
Тепловые электрические станции (ТЭС) Производство электрической и тепловой энергии Совмещенное производство Электрический генератор Топливо Парогенератор Теплоноситель (вода) Паровая турбина Редуктор теплоносителя Раздельное производство Топливо Генератор тепла (котел) т/э Теплоноситель Источник природной энергии Турбина э/э Электрический генератор Преобразователь э/э т/э
Структурная схема ТЭС 1 -система топливоподачи; 2 -горелка; 3 -паровой котёл; 4 -дробилка; 5 вентилятор; 6 -подогреватель; 7 -теплообменник; 8 -воздухозаборник; 9 -барабан; 10 -насос; 11 -систему водоподготовки; 12 -паровая турбина; 13 -электрический генератор; 14 -конденсатор; 15 -водоём; 16 -водозабор; 17 -экономайзер (теплообменник)
Общая классификация топлива Агрегатное состояние топлива Естественное Твердое Древесина, торф, бурый уголь, антрацит, сланцы Жидкое Нефть Газообразное Природный газ, нефтепромысловый попутный газ Искусственное Древесный уголь, кокс, термоантрацит и др. Продукты перегонки и переработки нефти: мазут, бензин, керосин, лигроин. Газы: доменный, генераторный, коксовый, крекинговый, пиролизный и др. Основной теплотехнической характеристикой топлива является теплота сгорания, которая показывает, какое количество теплоты в к. Дж выделяется при сжигании 1 кг твердого, жидкого или 1 м 3 газообразного топлива. Различают высшую и низшую теплоту сгорания.
Высшей теплотой сгорания топлива называют количество теплоты, выделяемой топливом при полном его сгорании c учётом теплоты, выделившейся при конденсации водяных паров, которые образуются при горении. Низшая теплота сгорания отличается от высшей тем, что не учитывает теплоту, затрачиваемую на образование водяных паров, которые находятся в продуктах сгорания. (1) - тепловой эквивалент (2)
Характеристика топлива Вид топлива Древесина Торф Бурый уголь Каменный уголь Антрацит Горючие сланцы Влажность, % 30 50 50 Низшая теплота сгорания, к. Дж/кг 12000 8500… 15000 10000… 16000 25000… 28000 Содержание летучих веществ, % Примечание 60… 85 70 Возможно самовозгорание 26000… 30000 20 6000… 10000 Зола 50… 55 %
Конструкции паровых котлов барабанного типа прямоточного типа 1 -барабан; 2 -экономайзер; 3 -камера уходящих газов; 5 -топочная камера; 6 -подъёмные трубы; 7 -пароперегреватель; 8 -опускные трубы; 9 -насос; 10 -трубы-испарители
- КПД парового котла - расход топлива (3) (4) где q 2, q 3, q 4, q 5, q 6 - потеря теплоты соответственно с уходящими газами, химическим недожогом, механическим недожогом, на наружное охлаждение, со шлаком, %; Qпк - теплота, воспринятая рабочей средой в паровом котле, к. Дж/м; - располагаемая теплота поступающего в топку топлива, к. Дж/кг. Если теплота уходящих газов не используется, то (5)
При разомкнутой системе сушки топлива уходящими газами (6) где Нух , Нотб , - энтальпия соответственно уходящих газов, газов в месте отбора на сушку, холодного воздуха, к. Дж/кг; r – доля отбора газов на сушку; αyx – избыток воздуха в уходящих газах. Энтальпия газа при температуре Т численно равна количеству теплоты, которое подведено к газу в процессе его нагревания от нуля градусов Кельвина до температуры Т при постоянном давлении.
При разомкнутой системе сушки все данные о топливе относят к подсушенному топливу (сушонке). В этом случае расход сырого топлива при изменении влажности от W р до W суш составляет (7) где Всуш - расход подсушенного топлива по (4), кг/с; W суш, W р - влажность подсушенного и неподсушенного топлива, %. При изменении влажности меняется и низшая теплота сгорания топлива от до : (8) Полная располагаемая теплота поступающего в топку топлива (9) - дополнительная теплота, вносимая в котел подогретым снаружи воздухом
Теплота, воспринимаемая рабочей средой в паровом котле (10) где Dп - паропроизводительность котла, кг/с; hпп, hпв - энтальпия перегретого пара и питающей воды, к. Дж/кг; ∆Qпк - дополнительно воспринимаемая теплота при наличии в котле пароперегревателя, продувки водой и т. д. , к. Дж/с. ∆Qпк=0, 2… 0, 3 Dп(hпп – hпв). (11) где αун - доля уноса золы с продуктами сгорания; Ншл – энтальпия шлака, к. Дж/кг; Ар – рабочая зольность топлива, %. Значения q 3, q 4, q 5, Wр, Aр, приведены в Приложении 1. При твердом шлакоудалении можно принять αух=1, 2… 1, 25; αун=0, 95; Ншл=560 к. Дж/кг. При температуре воздуха перед котлом 300 С температуре уходящих газов 1200 С Нух=1256 к. Дж/кг. =223 к. Дж/кг, а при
Пример расчёта Определить КПД и расход топлива для парового котла при следующих условиях: Dп=186 кг/с; топливо – сушонка Березовского угля с Wсуш=13%; разомкнутая система сушки, r=0, 34; отбираемый на сушку газ имеет Нотб=4000 к. Дж/кг; энтальпия перегретого пара и питательной воды соответственно hпп=3449 к. Дж/кг, hпв=1086, 5 к. Дж/кг. Решение Wр=33% и =16200 к. Дж/кг по табл. Приложения 1.
По табл. Приложения 1 q 3=1%, q 4=0, 2 %, q 5=0, 26 %.
Контрольное задание 1 Определить КПД котла и расход сырого и подсушенного топлива. Паропроизводительность котла принять по табл. 1 в соответствии с последней цифрой номера зачетной книжки, а вид топлива – по табл. 1 приложения в соответствии с предпоследней цифрой номера зачетной книжки. Таблица 1. Паропроизводительность котла Параметр Вариант 0 Dп, кг/с 1 2 3 4 5 6 7 8 9 150 200 180 100 110 120 140 160 170 130
Паровая турбина Это тепловой двигатель, в котором тепло пара превращается в механическую энергию вращения ротора (вала) и закреплённых на нём рабочих лопаток. Устройство паровой турбины а – рабочее колесо турбины; б – схема трехступенчатой активной турбины 1 - вал турбины; 2 – диски; 3 - рабочие лопатки; 4 – сопла; 5 - паропровод; 6 – муфта; 7 – вал синхронного генератора; 8 – камера отработавшего пара.
Работа пара в активной турбине Работа пара в реактивной турбине В реактивных турбинах помимо центробежных сил, возникающих при изменении скорости движения пара, на лопатки действуют реактивные силы, вызванные расширением пара.
Использование теплофикационного цикла (на ТЭЦ) позволяет достичь КПД до 70% с учетом отпуска тепла потребителям. При конденсационном цикле (на КЭС) КПД составляет 25. . . 40% в зависимости от начальных параметров пара и мощности агрегатов. Поэтому КЭС размещаются в местах добычи топлива, что снижает затраты на транспортировку, а ТЭЦ приближают к потребителям тепла.
Гидравлические электрические станции (ГЭС) Русловая ГЭС Приплотинная ГЭС ГВБ, ГНБ – горизонты верхнего и нижнего бьефа; 1 – решетка; 2 – затвор турбинного водовода; 3 – затвор водосброса; 4 – канал водосброса; 5 – гидротурбина; 6 – направляющий аппарат; 7 – аварийный затвор; 8 – генератор; 9 – кабель генераторного напряжения; 10 – трансформатор; 11 – ЛЭП; 12 – турбинный водовод; 13 – спиральная камера; 14 – отсасывающая труба; 15 – тело плотины; 16 – машинный зал.
Гидротурбины Для любого типа ГЭС мощность, вырабатываемая одной турбиной (12) где Q - расход воды через турбину, м 3/с; Н - напор, равный разности отметок ГВБ и ГНБ , м; η - КПД, зависящий от типа и режима работы турбины. Пример расчёта Определить как изменится мощность пропеллерной турбины, работающей с Nт1=100%Nт, если при неизменном напоре расход воды уменьшается на 30%. Решение Изменение мощности, обусловленное уменьшением расхода воды, находится по (12)
![Изменение кпд определяется по номограммам [6] и при Nт1 =100% Nт η 1=90%, а](https://present5.com/presentation/13098685_183795022/image-31.jpg "Изменение кпд определяется по номограммам [6] и при Nт1 =100% Nт η 1=90%, а")
Изменение кпд определяется по номограммам [6] и при Nт1 =100% Nт η 1=90%, а при Nт2 = 70% Nт η 2=80%. Конструкции гидротурбин активная (ковшовая) реактивная (поворотно-лопастная)
Частота вращения вала турбины (13) где ns - коэффициент быстроходности турбины, численно равный частоте вращения вала турбины данного типа при мощности и напоре соответственно 0, 736 к. Вт и 1 м. Пример расчёта Определить коэффициент быстроходности турбины при H=82 м, n=750 1/мин. Решение В соответствии с (13) N=16 МВт,
Контрольное задание 2 Определить, как изменится мощность гидротурбины при исходных данных, указанных в табл. 2, если Номер варианта соответствует последней цифре номера зачётной книжки. Таблица 2 Параметр Вариант 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ΔQ, % +10 +15 +20 +15 +10 -15 -20 -25 -30 ΔH, % -10 -20 -15 +10 -10 +10 -15 +20 -20 Турбина РО ПЛ П К РО ПЛ П РО К ПЛ Тип турбины: РО - радиально-осевая; ПЛ - поворотно-лопастная; К - ковшовая; П - пропеллерная.
Модуль 2. Передача электрической и тепловой энергии Передача электрической энергии Основным звеном системы передачи электроэнергии является ЛЭП, а также элементы РУ электрических станций и подстанций. Выработка электроэнергии на станциях по технико-экономическим соображениям производится на напряжении 6 -10 -21 к. В. Передача электроэнергии на значительные расстояния практически возможна при напряжениях 35. . . 1150 к. В. Шкала номинальных напряжений переменного тока определена ГОСТ: 0, 22 -0, 38 -0, 66 -6, 0 -10 -21 -35 -110 -150 -220 -330 -500 -750 -1150 к. В. Общая блок- схема передачи электроэнергии 1 -источник электроэнергии; 2 -потребитель; 3 -провода ЛЭП
Четырёхпроводная схема с заземленной нейтралью Трёхпроводная схема с изолированной нейтралью
Трёхфазная цепь с изолированной нейтралью Трёхфазная цепь с глухозаземлённой нейтралью Защитное заземление Защитное зануление
Электрические сети напряжением 6 -10 -35 к. В работают с изолированной нейтралью, остальные - с заземленной. Заземление нейтрали в сетях напряжением до 1000 В выполняется в целях обеспечения электробезопасности, а в сетях 110 к. В и выше - по экономическим соображениям, связанным со стоимостью изоляции. Расчётные соотношения - площадь сечения провода ЛЭП, мм 2 Iл - сила тока в ЛЭП, А; jэ - экономическая плотность тока, А/мм 2 (справочная величина). SНГ - полная мощность нагрузки, ВА; Uл - напряжение ЛЭП, В. - активные потери мощности rл - активное сопротивление проводов ЛЭП, Ом; r 0 - удельное активное сопротивление, Ом/км; L – длина ЛЭП, км.
Пример расчета Для схемы рис. а. определить предельное расстояние Lп передачи электроэнергии от источника потребителю, если максимально допустимая потеря активной мощности в ЛЭП численно равна 10% от SНГ Uл =10 к. В; SНГ =2, 6 МВА; jэ =1, 4 А/мм 2. Решение Принимаем F=95 мм 2, тогда r 0 =0, 33 Ом/км (см. приложение).
Контрольное задание 3 Для линии сравнить потери активной мощности при различных напряжениях Uл. Исходные данные приведены в табл. 3. Номер варианта соответствует последней цифре номера зачетной книжки. Таблица 3 Параметр SНГ, МВА Uл 1, к. В Uл 2, к. В L, км Jэ, А/мм 2 0 2 10, 5 37, 5 6 1, 2 1 3 10, 5 37, 5 5 1, 3 2 3 10, 5 37, 5 10 1, 4 3 8 37, 5 115 22 1, 4 Вариант 4 5 8 15 10, 5 37, 5 115 10 16 1, 3 1, 2 6 16 115 230 25 1, 5 7 12 37, 5 115 24 1, 5 8 17 115 230 32 1, 4 9 18 115 230 38 1, 4
Передача тепловой энергии Классификация теплосетей
Прокладка трубопроводов бесканальная в непроходном канале надземная прокладка на мачтах
Результаты расчёта тепловых потерь (Вт/п. м) для режима 95 -70°С Диаметр Минеральная вата трубы, (толщина изоляции 50 мм) мм Абсолютно сухая Влажность 20% 57 76 89 108 133 159 219 п/т 19, 5 22, 9 25, 2 28, 3 32, 4 36, 4 45, 2 о/т 14, 6 16, 5 18, 1 20, 2 22, 9 25, 6 31, 2 п/т 78, 6 87 92, 3 99, 7 108, 9 117, 9 137, 3 о/т 38 41 42, 9 45, 2 47, 8 50, 2 54, 4 Пенополиуретан (толщина теплоизоляции по ГОСТ 30732 -2001) п/т о/т 15, 4 11, 3 19, 5 14, 5 20, 2 14, 9 22, 8 16, 2 22, 5 16, 8 25, 9 18 32, 5 23 Примечание: п/т – прямой трубопровод; о/т – обратный трубопровод
Модуль 3. Распределение электрической и тепловой энергии Потребление электрической энергии Потребителем электроэнергии называется электроприёмник или группа электроприёмников, объединенных технологическим процессом и размещенных на определенной территории. Схема электроснабжения промышленного предприятия
Потребление тепловой энергии Схемы распределения и подачи тепла а, б - системы отопления с зависимым и независимым присоединением в- система горячего водоснабжения с независимым присоединением
Контрольное задание 4 Для помещения, в котором Вы проживаете или работаете, определить число радиаторов, необходимых для отопления. Тип отопительного прибора принять по табл. 4 в соответствии с последней цифрой номера зачетной книжки. Температуру наружного воздуха принять по средней температуре наиболее холодного зимнего месяца. Таблица 4 № Отопительный прибор 1 Радиатор чугунный МС-140 -98 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Радиатор чугунный М-90 Радиатор стальной однорядный РСВ 1 -5 Радиатор стальной однорядный РСВ 1 -1 Радиатор стальной однорядный РСГ 2 -1 -2 Радиатор стальной однорядный РСГ 2 -1 -9 Радиатор двойной стальной 2 РСВ 1 -1 Радиатор двойной стальной 2 РСВ 1 -5 Конвертор «Универсал» с кожухом КН-20 -0, 4 f 1, м 2 0, 187 qном, Вт/м 2 725 Gпр, кг/с 0, 15 n p c Примечание 0, 3 0 1 0, 2 700 0, 2 0, 3 0, 01 0, 99 Схема присоединения прибора сверху вниз 1, 68 714 0, 25 0, 04 0, 97 0, 71 710 0, 01 0, 25 0, 12 1, 11 0, 54 741 0, 08 0, 3 0, 02 1 Схема сверху вниз 2, 17 729 0, 25 0 1 Схема снизу вверх 1, 42 615 0, 03 0, 15 0, 08 1, 1 3, 36 620 0, 2 0, 15 0 1 0, 95 420 0, 02 0, 3 0, 18 1 5, 5 357 0, 2 0, 3 0, 07 1 Схема снизу вверх Схема любая
Скачать презентацию МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФГБОУ ВПО Тверской
Ustanovochnaya_lektsia_OE.pptx